SJTAG技術(shù)在A(yíng)TCA體系的應用

背景技術(shù)

隨著(zhù)通信市場(chǎng)對無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)服務(wù)的需求持續成長(cháng)，電信產(chǎn)業(yè)認識到需要跳脫專(zhuān)利型或部分開(kāi)放型架構的桎梏，以便獲得更多的選擇空間。因此PICMG（PCI Industrial Computer Manufacturers Group，PCI工業(yè)計算機制造組織）提出了AdvancedTCA的開(kāi)放式硬件平臺的相關(guān)規范，稱(chēng)為PICMG 3.X規范，針對新一代網(wǎng)絡(luò )元素提供充裕的擴充性與空間，支持多種交換協(xié)議與接口，提供一套機箱層級的管理機制，采納業(yè)界標準的智能型平臺管理接口(Intelligent Platform Management Interface)，能運用智能型平臺管理總線(xiàn)建置成放射狀或總線(xiàn)拓撲。

圖1 ATCA基本管理結構圖

在ATCA架構的系統中，每個(gè)機框配備兩塊CMM（Chassis Management Module，機框管理模塊），互為主備，如圖1所示，每個(gè)CMM可單獨管理機框內的所有單板，同時(shí)每個(gè)單板中都需要實(shí)現IPMC（Intelligent Platform Management Controller，智能平臺管理控制器）的功能，IPMC主要完成ATCA單板或其他機框組件上各種關(guān)鍵硬件資源的監視、控制及管理，包括單板或模塊的有效凈荷部分狀態(tài)檢測、單板溫度及電壓檢測、熱插拔管理、FRU信息獲取、告警管理、電源管理、復位狀態(tài)、傳感器及事件管理、日志管理、E-Keying（電子開(kāi)關(guān)）管理等，同時(shí)要完成對AMC（Advanced Mezzanine Card，高級夾層子卡）子卡硬件地址、溫度、電壓、復位、熱插拔和告警指示燈等的管理及事件記錄，通過(guò)雙冗余的IPMB（Intelligent Platform Management Bus，智能平臺管理總線(xiàn)）總線(xiàn)與CMM通信，把各種事件及信息上報給CMM并接受CMM的管理和控制。

AMC子卡基于PICMG所提出的PICMG AMC.0 Rx規范，子卡在MMC（Module Management Controller，模塊管理控制器）的管理下具有熱插拔、告警指示、電壓/溫度監控、有效凈荷狀態(tài)監控、上/下電控制、地址識別、FRU信息讀取等功能，MMC與IPMC之間通過(guò)IPMB-L總線(xiàn)相連進(jìn)行通信。

圖2 JTAG獨立型連接圖

隨著(zhù)ATCA架構在電信行業(yè)逐漸推廣和大規模使用，單板的邏輯及軟件版本的更新必然更加頻繁，同時(shí)大規模集成電路越來(lái)越多的內嵌了支持IEEE1149.1協(xié)議的JTAG技術(shù)以便支持其測試及維護，借助于JTAG技術(shù)，越來(lái)越多的芯片能夠支持ISP(In System Programe，在系統可編程)及ICT(In Circuit Test，電路在線(xiàn)測試)等技術(shù)，這種編程及維護方式正逐漸成為設計的主流。

圖3 JTAG菊花鏈連接圖

目前的JTAG技術(shù)都是基于IEEE1149.1標準，其在單板中的應用基本上基于圖2及圖3的方式。圖2的使用情況較多，簡(jiǎn)單易行，但是增加板上插座數量，增加了成本和布局面積，現場(chǎng)維護也不方便；圖3的連接方式其實(shí)就是JTAG菊花鏈的改進(jìn)型，可以減少插座使用數量，但菊花鏈的延長(cháng)使得該鏈的TCK最大頻率受制于該鏈中最低TCK頻率的器件，同時(shí)導致整條鏈上BSC(Boundary Scan Cell，邊界掃描單元)的增加，嚴重降低JTAG掃描的速度。對于不同電平的JTAG還額外需要增加電平轉換器件。

SJTAG技術(shù)概述

SJTAG（System JTAG）技術(shù)基于已廢棄的IEEE 1149.5協(xié)議的基礎，SJTAG Group發(fā)展成系統級邊界掃描標準，專(zhuān)注于系統層面的Test Configuration，SJTAG能提供以背板互聯(lián)為依托的一種多板甚至多框測試配置方案。

SJTAG技術(shù)應用的不利因素

在一個(gè)獨立的機框中各單板中JTAG設備的邊界掃描以及更新可以由單板獨立完成，或由其他控制板通過(guò)某種類(lèi)型總線(xiàn)傳送到該單板進(jìn)行，從而可實(shí)現自更新/自測試或者遠程更新/遠程測試，如圖4所示。圖中管理板與單板之間的通信總線(xiàn)可以有多種選擇，但是根據ATCA的規范，管理板與節點(diǎn)板之間只有IPMB總線(xiàn)，而IPMB即為IIC總線(xiàn)，IIC總線(xiàn)的全速只有400Kb/s，在進(jìn)行大量測試以及更新數據傳送時(shí)這種速錄一定會(huì )成為瓶頸。此為JTAG技術(shù)在A(yíng)TCA中應用的一個(gè)不利因素。

此外，這種通信方式要求位于節點(diǎn)板上的本地控制器（部分地方也稱(chēng)為BMC或者IPMC）處于工作狀態(tài)，如果本地控制器沒(méi)有工作，例如在工廠(chǎng)生產(chǎn)測試情況下或者本地控制器由于某種原因處于故障狀態(tài)，也無(wú)法進(jìn)行JTAG測試流程。此為JTAG技術(shù)在A(yíng)TCA中應用的第二個(gè)不利因素。

圖4 依賴(lài)本地控制器的JTAG測試結構圖

另外，基于PICMG R3.0標準衍生發(fā)展的PICMG AMC.0 Rx標準，使得AMC子卡的應用逐漸增多，AMC子卡的設計也越來(lái)越復雜多樣，使用的JTAG設備也越來(lái)越多，而AMC標準僅提供一套JTAG接口，如果僅僅將AMC上所有JTAG如圖3所示串成一條菊花鏈，隨著(zhù)器件的增加，菊花鏈中的BSC必然越來(lái)越多從而影響測試速度。這是JTAG技術(shù)在A(yíng)TCA中應用的第三個(gè)不利因素。

SJTAG技術(shù)應用方案

為實(shí)現在A(yíng)TCA系統架構中，克服以上不利因素，應用SJTAG技術(shù)，實(shí)現各單板的所有JTAG設備包括AMC子卡及本地控制器的更新（包括PLD/FPGA/CPU/FLASH）或者測試（包括在位測試/簡(jiǎn)單管腳互連測試等/內建自測/管腳狀態(tài)測試等測試項目），同時(shí)支持遠程更新及測試流程下發(fā)?，F采用如下的技術(shù)方案。如圖5所示。

圖5 ATCA的SJTAG測試結構圖

（1）ATCA所有業(yè)務(wù)單板中增加專(zhuān)用JTAG ASIC橋片，橋片地址可直接使用機框槽位地址，分出多條JTAG子鏈，分別連接業(yè)務(wù)單板上的PLD/FPGA/CPU/AMC等所有包含JTAG的設備，并按照規則分類(lèi)。

（2) CMM單板中增加ETC（Embedded Test Controller，嵌入式測試控制器）以及JTAG橋片，通過(guò)一個(gè)主備邏輯來(lái)選擇當前CMM處于機框測試主控板還是被測單板，從而實(shí)現主備互相升級。當作為被測單板時(shí)，其JTAG橋片的設計與普通業(yè)務(wù)單板相同。如圖6所示。

圖6 CMM主備互相升級結構圖

（3）AMC子卡如果JTAG設備較多，也可增加JTAG橋片，連接方式同普通業(yè)務(wù)單板相同；考慮到AMC子卡面積有限，很多情況下JTAG設備并不會(huì )很多，因此也可以直接將所有JTAG設備經(jīng)過(guò)驅動(dòng)后全部串成菊花鏈，不過(guò)各種設備在菊花鏈中的位置按照預先的規則要求進(jìn)行排列。

(4) ATCA標準背板上使用規范規定的Metallic Test總線(xiàn)實(shí)現單端的5線(xiàn)制JTAG測試總線(xiàn)。

(5) 機框上增加JTAG測試總線(xiàn)的接口，可直接接入外部測試機進(jìn)行測試，此時(shí)可不依賴(lài)CMM，用于數據量較大、計算較復雜的測試情況。

(6) 在所有被測單板（包括處于備份狀態(tài)的CMM和所有AMC子卡）的PLD上固定配置單板信息，便于ETC能掃描到單板類(lèi)型。

圖7 外部測試結構圖

(7) CMM板CPU增加對外控制接口（以太網(wǎng)口、USB或現場(chǎng)總線(xiàn)等），可通過(guò)外部測試機下發(fā)給CMM板，由CMM板轉發(fā)測試向量。如圖7所示。

由于需要規劃整個(gè)機框的JTAG設備，而JTAG設備的種類(lèi)又比較繁多，同時(shí)需要對不同單板的JTAG橋片地址進(jìn)行規劃，因此需要對JTAG地址進(jìn)行如下規劃：

(1) 業(yè)務(wù)單板和CMM板上的JTAG橋片地址基本可以直接使用ATCA槽位地址，或者經(jīng)過(guò)某種邏輯運算。

(2) AMC單板的橋片地址可以使用AMC插座槽位地址的邏輯運算得到。

(3) 各個(gè)被測單板保證JTAG橋片的LSP0(Local Scan Port，本地掃描端口)連接IPMC或者BMC，包含單板信息的PLD器件連接LSP1鏈的第一個(gè)位置。每個(gè)AMC子卡單獨使用一條LSP。

(4) 如果AMC子卡使用了二級橋片實(shí)現JTAG擴展，要求保證二級橋片LSP0連接MMC,包含子卡信息的PLD器件處于LPS1的第一個(gè)位置；如果沒(méi)有使用二級橋片擴展，要求MMC處于JTAG鏈的第一個(gè)位置，包含子卡信息的PLD處于第二個(gè)位置。

通過(guò)這種設計模式，除了能夠進(jìn)行ATCA整框的現場(chǎng)升級維護，還可以進(jìn)行產(chǎn)品出廠(chǎng)或者現場(chǎng)測試，實(shí)現故障定位，能夠實(shí)現基礎互連測試、簇測試、ID測試、功能測試、采樣測試、存儲器測試、PLD/Flash加載測試等?？梢詫JTAG測試升級技術(shù)真正用于系統級工程，提高了測試點(diǎn)覆蓋率，降低了研發(fā)和生產(chǎn)隱患，提高了工作效率，將JTAG技術(shù)充分地進(jìn)行了發(fā)揮。

總結

本文將SJTAG技術(shù)應用于A(yíng)TCA架構中，根據ATCA架構的特點(diǎn)，將JTAG技術(shù)充分發(fā)揮，克服了普通ATCA測試/升級方法速度慢、風(fēng)險大，存在測試/升級盲區，AMC子卡升級方式單一，主控板無(wú)法升級等缺點(diǎn)，將全框都納入了可現場(chǎng)測試/升級的范疇。通過(guò)對AMC子卡升級方式的靈活改進(jìn)，完善二級橋片和菊花鏈的兼容模式，不需要被測單板上任何處理器處于工作狀態(tài)，甚至可以應用于出場(chǎng)大批量的升級和測試。